摘要:水平井産(chǎn)液剖面測試使用(yong)的 渦輪流量計 受(shou)啓動流量影響,不(bú)适應于低液量水(shuǐ)平井測試。研制💰了(le)🧡适用于👄小流量測(cè)試的井下存儲式(shì)浮子流量計 ,并與(yǔ)溫度、壓力、含水測(cè)試傳感器組成井(jǐng)下存儲式🤩水平井(jǐng)🏃‍♀️産液剖面測試儀(yí),該儀器随油管下(xia)人水平井段,無需(xu)電纜和爬🌍行器🐆,可(kě)在油井正常生産(chǎn)的情況下連續工(gong)作一個月,提高了(le)低液量⭐水平井産(chan)液剖面測試的正(zheng)确率😘率和成功率(lǜ)。室内實驗和現場(chǎng)先導性試驗㊙️表明(míng),井下浮🧑🏾‍🤝‍🧑🏼子流量計(jì)應用于水平井産(chan)液剖面測🤞試可行(hang)，爲低滲透油田水(shuǐ)平井産液剖面的(de)流量測試提供了(le)新途徑。
0引言
　　水平(ping)井産液剖面測試(shì)技術是從油套環(huan)空通過電纜或連(lian)♌續油管将産液剖(pōu)面測試儀器輸送(song)至射孔段，在抽油(yóu)機不💚停抽情況下(xià)采用渦輪流量計(jì)、持水率儀實時監(jiān)測流量、含🐅水，該技(ji)術的優點是能在(zai)抽油機不停🤟抽的(de)情況下獲得井⁉️下(xià)分段的流量、含水(shui)率等數據[13]。但是,常(cháng)規産液剖面測試(shì)在水平井中面臨(lin)水平段多相流體(ti)分層、電纜無法下(xià)人等問題,主要采(cai)用MAPS陣列式測井儀(yi)和爬行器等💘解決(jue)方案[46]。然而✏️,産液剖(pou)面使用的渦輪流(liú)量計在5%in"套管井🌂中(zhong)流量小☔于50m³/d時.渦輪(lún)啓動困難門,不适(shì)用🈚于低液量水平(ping)🈲井産液剖面測試(shì);爬行器受井簡環(huan)境影響,測試成功(gong)率🔴不高且測試作(zuò)業費用昂貴。
　　油田(tián)水平井日産液小(xiao)于20m³的井占總井數(shù)的87%,平均單段日産(chan)液小于2m³，低液量水(shui)平井的産液剖面(mian)測試已成爲一個(gè)重要難題。爲此,本(běn)文開展了将浮子(zǐ)流量計應用于水(shuǐ)平㊙️井産液剖面測(ce)試的探索研究,實(shí)現✔️了無需電纜輸(shū)送儀器、提高測試(shì)正确率率、降低作(zuò)☔業成本的目❄️的。
1浮(fú)子流量計
1.1結構和(he)原理
　　浮子流量計(jì) 由一個錐形管和(hé)一個置于錐形管(guǎn)中可以上下自由(you)移動的浮子組成(chéng)(見圖1)。流量計本體(ti)兩端用法蘭連接(jiē)或螺紋連接的方(fāng)式垂直安裝在測(ce)量管路上,使流體(ti)自下而上流過流(liu)量計，推動浮🔞子。由(yóu)于節流作用,使上(shàng)🌍下遊産生壓差△p,由(you)于該壓差的存在(zai),使得🍉浮子受到迎(yíng)🥵面的壓差阻力，在(zài)該阻力的作用下(xià),浮子在錐管中上(shang)升，流通面積A增大(da),環隙中流體的平(ping)均速度減小，直到(dao)該阻力與浮子的(de)🙇🏻自重和浮力相🏃🏻平(píng)衡時，浮子停留在(zài)某-高度。流量Qv越大(da),浮子停留的高度(dù)h越高。在穩定情況(kuang)下，浮子🤞;懸浮的高(gāo)度h與通過流量計(ji)的體積Qv之間有一(yi)定的比例關系爲(wèi)
 
　　式中,α是浮子流量(liang)計的流量系數;Df是(shì)浮子的最大直徑(jing);Af是浮子迎面流體(tǐ)面積;Vf是浮子的體(ti)積;ρf是浮子材🐕料密(mì)✨度;p是錐管的錐角(jiǎo);ρ是流體介質密度(du);h是浮子高度。
　　對于(yú)一定的流量計和(hé)流體,式(1)中的Df、Af、Vf、ρf、φ、ρ等均(jun1)爲常數，因👣此,隻要(yào)保持👈α爲常數,則流(liu)量Qv與浮子高度h之(zhi)間就存在近似線(xian)性關📐系。
　　因此，可以(yǐ)将這種對應關系(xì)直接刻度在流量(liang)計的錐管㊙️上👅，根㊙️據(jù)浮子的高度直接(jiē)讀出流量值，或通(tōng)過電存儲方式将(jiāng)流量信号(即浮子(zi)的位置信号)記錄(lù)。
 
1.2浮子(zǐ)流量計的特點
　　由(you)于浮子流量計在(zai)測量過程中始終(zhōng)保持節流件前後(hòu)的🙇🏻壓差不變，通過(guò)改變流通面積實(shi)現流量的🐪測量。①幾(ji)乎不會遇到砂卡(kǎ)的現象，與渦輪流(liú)量計相比受井簡(jiǎn)環境的影響✂️小;②可(ke)接♋收微小流量信(xìn)号,實;現低液量井(jing)流量測🈲試;③浮子的(de)✌️高度取決于液體(tǐ)的流量,氣體對測(cè)量結果影響很小(xiǎo)間。
2井下存儲式水(shuǐ)平井産液剖面測(ce)試儀
　　借鑒常規浮(fu)子流量計，同時考(kǎo)慮到水平井中儀(yí)器🈚無法通過電纜(lan)在水平段下放,使(shi)用爬行器價格昂(áng)貴且受井簡環境(jing)影🍉響故障率高等(deng)因素，設計了适用(yòng)于低液量水平井(jing)産液剖面測試的(de)井下浮子流量計(ji)，同時與溫度、壓力(lì)、含水測試傳感器(qì)以及電路💛系統組(zu)成井下存儲式水(shui)平井産液剖面測(ce)試儀，該儀器和油(yóu)管連♍接後一起下(xià)入到射孔段，可以(yi)連續監測多段壓(yā)裂水平井産✌️液信(xin)息。
2.1水平井井下浮(fú)子流量計設計
水(shuǐ)平井井下浮子流(liú)量計由浮子、推杆(gǎn)、滑套、線圈、彈簧、流(liú)量護管、單流閥等(deng)組成(見圖2)。
 
　　工作(zuo)原理:給浮子感應(ying)線圈上提供恒定(dìng)的電流激勵，當井(jǐng)下流體通過過流(liu)通道，推動浮子移(yi)動，銜鐵發生位移(yí),引起🐇感應線圈中(zhong)磁阻變化,産生感(gan)應電動勢,感應電(diàn)動勢經濾波放大(dà),輸人單片機内進(jin)行處理後測得流(liu)量。流量測量線圈(quan)采用差分結構,溫(wēn)✨漂小,在流量線圈(quān)外加屏蔽層,減少(shao)外部對流量測量(liang)的幹擾;自⁉️感👈傳感(gǎn)器可以測💯量0.01μm~50mm的機(ji)械位移,具有測量(liang)精度高、靈敏度高(gāo)、線💁性好、結構簡單(dān)、性能可靠等優點(dian)。
2.2含水率、溫度和壓(ya)力測量設計
　　含水(shuǐ)率測試儀采用電(diàn)容式含水率傳感(gǎn)器和阻抗式含水(shuǐ)率傳㊙️感器組合設(shè)計,分别測試流體(ti)的電容值和🌍電導(dao)🏃🏻‍♂️率,可以适🈲應低含(hán)水和高含水傳感(gan)器組🌈合,可以精準(zhun)測量含水率。
　　溫度(dù)測量原理:給PT1000提供(gong)恒流激勵，當井溫(wen)變化時,PT1000的阻值也(ye)會發生變化,測量(liang)電路輸出與溫度(du)成正比🛀的差動電(diàn)📧壓信号,經過單片(piàn)機AD采集，得到溫度(du)信号。
　　壓力測量原(yuan)理:壓力傳感器采(cǎi)用恒壓供電電路(lu)，輸出與💜壓力🙇🏻成正(zheng)比的壓力差動電(diàn)壓信号,經過單片(pian)機AD采集,得到壓力(li)信号。
2.3儀器功耗設(shè)計
　　儀器選用容量(liàng)爲9Ah的高溫電池，采(cǎi)樣間隔有多種類(lei)型可供🐅選擇,最小(xiao)可設置爲3s。儀器工(gōng)作30d最大功耗設計(jì)如下。
(1)當儀器采樣(yang)間隔設置爲3s時。每(měi)間隔3s需要采集1次(ci)數據,采集0.8s,此時總(zong)電流不超過25mA。1個月(yue)的耗電量4.8Ah。
(2)當儀器(qi)不工作時,進人休(xiu)眠狀态。總電流不(bu)超過100μA。1個🔞月耗電量(liang)0.072Ah.
(3)儀器每采集87組數(shu)據(87X3s==261s)進行一次數據(ju)存儲。存儲時間爲(wei)0.6s,總電㊙️流不超過50mA。1個(ge)月耗電量0.082Ah。
(4)儀器1個(ge)月最大耗電量4.954Ah。儀(yi)器可在井下連續(xu)工作1個半月以上(shàng)。
2.4水平井産液剖面(miàn)測試儀結構及原(yuan)理
　　井下存儲式水(shuǐ)平井産液剖面測(ce)試儀由浮子流量(liàng)計、含✏️水❤️探頭、溫度(du)探頭.壓力傳感器(qì)、測量電路、供電電(diàn)池🐆組成(見圖3)。當正(zheng)常産液時，坐封單(dan)向閥截止，流體通(tong)過進液口,推動浮(fú)子移動，從而測💜得(dé)流量。流體🍉由過流(liu)通道流經溫度探(tàn)頭、壓力探頭與含(han)水探頭🈲時,可測得(de)流體含水率、壓🐉力(li)與溫度,最後通過(guo)出液口流出。坐封(feng)時🔞,浮子保護單向(xiang)閥截止,流體從隔(gé)離管與外護管環(huan)空過流通道流過(guo),打開坐封單向閥(fa),實現坐封。
3室内實(shí)驗
3.1含水率對流量(liàng)測試的影響
(1)介質(zhi):柴油和水兩相。
(2)方(fāng)式:在垂直狀态下(xia)進行流量标定,流(liú)量從0、1、2.....10m³/d,分别選擇含(han)☔水🛀🏻率爲100%、80%、40%進行流量(liang)測試實驗。
(3)對流量(liàng)刻度進行曲線拟(nǐ)合。
實驗結果表明(ming),浮子流量計啓動(dòng)流量爲0.5m/d,可對低液(yè)量井進行測試;不(bú)同含水率的流量(liàng)測試曲線基本🥵重(zhong)合,說明浮子位置(zhi)的變化隻與通過(guo)浮子流體的流量(liàng)相關,流體含水率(lü)對浮子流量計測(ce)試結果的影響可(ke)忽略。.
3.2儀器傾角對(dui)流量測試的影響(xiang)
(1)介質:柴油和水兩(liang)相。
(2)方式:将儀器分(fen)别處于水平狀态(tai)0°和負角度一30°(即進(jìn)液口高于出♻️液口(kǒu))狀态下，流量從0、1、2..10m³/d,分(fèn)别選擇含水率爲(wei)100%、80%、40%進行流量測試實(shi)驗。
(3)對流量刻度進(jìn)行曲線拟合。
　　實驗(yàn)結果表明，當井簡(jiǎn)處于水平狀态甚(shèn)至負角度狀态下(xia),盡管流體的型态(tai)爲層流或逆向流(liú),但對浮♌子流量計(ji)🤞和含水率的測試(shì)結果影響較小，最(zui)大誤差僅4%。分析認(ren)爲這是由于浮子(zi)位置變化隻與進(jìn)入錐形管空間流(liu)體流量有關,基本(běn)克服了油、水的分(fèn)🤟層流動使渦輪流(liu)量計響應變得複(fu)雜的問題。當流💘體(ti)經過電容+阻抗式(shì)持水率儀時,由于(yu)在圓周⚽上配置多(duo).個持水率傳💞感器(qì),能夠很好地🚶解決(jue)常規儀器隻能中(zhong)心采樣不能探測(cè)到的全截面流體(ti)的問題⛱️,可以清楚(chǔ)🌐地分辨出油🏃🏻和水(shuǐ)。
 
4現場應用
　　2025年12月在(zài)長慶油田CP-X井首次(cì)開展水平井存儲(chǔ)式浮子流量計💰井(jǐng)下先導性試驗,該(gāi)井射孔9段,測試前(qian)日産液16.07m³,含🙇🏻水100%。爲了(le)驗證流🙇‍♀️量、含💛水測(cè)試正确率,對該井(jing)射孔段1進行雙封(feng)單卡江藝測試,同(tóng)時地🏃‍♀️面單獨測量(liang)該段産液量并化(hua)驗含水,測試管柱(zhu)見圖⭕4。
 
　　該(gai)井儀器設置采樣(yàng)間隔爲10min,35d後起.出,測(cè)試結果顯示射㊙️孔(kǒng)段1單層‼️流量爲3.77m³/d,含(han)水98.6%(見圖5);同時,地面(miàn)單獨測量射孔段(duàn)1的日産液爲3.58m³,含水(shui)100%。測試流量和含水(shuǐ)與實際⭕單量和💚化(hua)驗結果接近,說明(ming)存儲式産液剖面(miàn)測試儀首次在水(shuǐ)平井井下試驗取(qǔ)得成功,證明了井(jǐng)下浮子流量計應(ying)用于低液量水平(ping)井産⭕液剖面測試(shi)可行。
 
5結論
(1)井下存(cún)儲式浮子流量計(jì)啓動流量小于0.5m³/d,且(qie)不受井筒出砂影(ying)🔅響,彌補了渦輪流(liu)量計不适應低液(ye)量水平井的不足(zu)，提高了低液💔量水(shuǐ)平井測試結果的(de)正确率。
(2)室内動态(tai)實驗表明,無論是(shì)垂直、水平及傾斜(xié)情況下,浮子流🏃‍♂️量(liàng)計響應特性均不(bú)敏感于含水率，擁(yong)有非常好的不依(yī)賴于流型的特性(xing)。
(3)測試儀器随油管(guan)下入目的層,無需(xū)電纜和爬行器,一(yi)趟管柱即可完成(chéng)水平井産液剖面(miàn)測試,大幅度降低(di)了産💘液剖💞面測試(shi)成本。
(4)測試結果包(bao)含流量,含水、壓力(lì)和溫度等儲層流(liú)體物性參數,可進(jìn)行各射孔段産能(néng)評價.判斷井簡出(chū)水位置,爲低液🔞量(liang)水平井控水穩油(you)措施提供依據。

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